JP2007027623A

JP2007027623A - 基板吸着水分の除去方法

Info

Publication number: JP2007027623A
Application number: JP2005211161A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kawashima; 鉄也川島
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】短時間で、樹脂塗布前に基板吸着水分を除去する方法を提供する。
【解決手段】（４）の工程でプラズマ印加を行い、基板に形成された金属電極の表面をクリーニングする。（５）の工程でプラズマクリーニング後、大気開放を開始するまでの時間を設定することで基板をプラズマ印加しない状態で真空雰囲気に放置して基板吸着水分を除去する（水分除去工程）。このとき、チャンバー内の温度が５０℃から８０℃に上がっていため、アンダーフィル樹脂塗布前に従来必要とされたの専用の水分除去工程を省いても、短時間で基板吸着水分を除去することができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、ＩＣチップをフェライト基板やプリント基板などの金属電極を有する基板にフリップチップボンディングし、ＩＣチップと基板間にアンダーフィル樹脂を塗布してＩＣチップと基板間を封止する構造において、その基板吸着水分を除去する方法に関する。

図６のように、電子部品の小型化、薄型化を図るために、ＩＣチップ１２をフェイスダウンして、フェライト基板やプリント基板などの金属電極２１を有する基板１１にフリップチップ（バンプ２２などで固着する）で実装することが行われている。例えば、フェライト基板にソレノイドコイルを形成し、その上にＩＣチップを搭載した超小型電力変換装置などがある。実装方法としては、はんだ接合、Ａｕバンプの熱圧着および超音波接合などが用いられるが、熱応力により接合部にストレスが集中し、ＩＣチップ１２と基板１１の接続が断たれるという問題がある。
そこで、図７に示すように、アンダーフィル樹脂２３をＩＣチップ１２と基板１１間に塗布し、ホットプレート３２などで加熱して高温で硬化させることでＩＣチップ１２と基板１１間をアンダーフィル樹脂２３で密着封止し、接合部を保護する方法が用いられている。しかし、このアンダーフィル樹脂２３による樹脂封止をする際、樹脂塗布時の気泡の巻き込みや樹脂中の気泡や基板１１に吸着した水分３１が加熱により樹脂２３に取り込まれてボイドが発生し、これが樹脂硬化後にも残ると、部品実装時等にボイド内部で水蒸気爆発を引き起こし、接続部を引き剥がすといった不具合が起きる場合がある。この対策として減圧雰囲気で樹脂注入したり、樹脂塗布後に減圧してボイドを取り除いたり、樹脂塗布前に基板を加熱して基板吸着水分（水分３１のこと）を除去することが行われている。つぎに、樹脂塗布前に基板吸着水分を除去する方法について説明する。

図８は、従来の基板吸着水分の除去方法を示す工程フロー図である。ＩＣチップ１２をフェイスダウンして基板１１にフリップチップボンディングし、ＩＣチップ１２と基板１１の間にアンダーフィル樹脂２３を充填して接着強度を増強した場合を例に挙げて説明する。ここで基板１１はプリント基板などの樹脂基板、セラミック基板またはフェライト基板などである。
（１）ＩＣチップ１２にバンプ２２を形成する。
（２）基板１１をプラズマクリーナーに入れて、減圧する。
（３）つぎに、Ａｒガスを注入する。
（４）つぎに、プラズマ印加により基板１１の金属電極２１の表面をプラズマクリーニングする（金属電極クリーニング工程）。
（５）プラズマクリーニング終了後、速やかに大気開放する。
（６）基板１１の金属電極２１にＩＣチップ１２のバンプ２２を固着する（フリップチップボンディングする）。フリップチップボンディングの方法としては、めっきバンプ、はんだバンプおよびＡｕボールバンプなどを用いて熱圧着や超音波接合を適用する。
（７）図９に示すように、ＩＣチップ１２を固着した基板１１をホットプレート３２に載せ、基板１１を１２０℃程度で１時間〜４時間程度加熱して（ベーキング）、樹脂塗布前に基板吸着水分（水分３１）を除去する（水分除去工程）。
（８）図１０に示すようにアンダーフィル樹脂２３をＩＣチップ１２の側の基板１１上に塗布し、アンダーフィル樹脂２３を基板１１とＩＣチップ１２の間に浸透させて、基板１１とＩＣチップ１２の間にアンダーフィル樹脂２３を充填する。
（９）１２０℃〜１６０℃に加熱して、アンダーフィル樹脂２３を硬化させる。

前記の方法の他に、半導体基板に吸着した水分を、基板に高純度塩化水素ガス、高純度臭化水素ガス、高純度アンモニアガスからなる群より選択される１種の脱水用ガスを接触させて除去する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
また、基板に吸着した水分を除去する方法ではないが、フリップチップ実装体のＩＣチップと基板間に形成されている隙間に封止用樹脂液であるアンダーフィル樹脂を充填する場合に、真空雰囲気の真空度を低下させることで、アンダーフィル樹脂に残存したボイドを除去できる方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
また、一部が開放されたセル（キャップ）でプリント基板に装着されたＣＳＰ（ｃｈｉｐｓｉｚｅｐａｃｋａｇｅ）を局部的に覆い、セル内を減圧してＣＳＰの装着部周囲を短時間で減圧する。減圧したセル内に設けられたディスペンスシリンジによりＣＰＳの周囲に樹脂を確実に塗布することができることが開示されている（例えば、特許文献３）。
特開平９−１０６９７４号公報（段落００１３〜００２４、図１）特開平１１−２９７９０２号公報（段落００１１〜００２１、図１）特開２００１−２１７２６７号公報（段落００１２〜００１７、図１）

前記の図８の工程では、図４の点線で示すように、樹脂を塗布する前の基板に吸着した水分３１の除去に１時間〜４時間と長時間を必要とする。尚、図４は後述のように、基板吸着水分の除去率（脱湿率）の時下ン変化を示す図である。
また、前記の特許文献１は半導体基板吸着水分の除去を脱水用ガスを用いて行う方法を説明したものである。また、特許文献２ではアンダーフィル樹脂内に存在するボイドを真空脱法する方法について説明したものであり、特許文献３においては、樹脂の塗布を減圧して行う方法を説明したものであり、基板吸着水分の除去については説明されていない。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、短時間で、樹脂塗布前に基板吸着水分を除去する方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、基板を所定の真空度の、所定の加熱温度で所定の加熱時間加熱することで、基板に吸着した水分を除去する方法とする。
また、前記所定の真空度が１０Ｐａ以下であるとよい。
また、前記の所定の加熱温度が５０℃以上で、前記の所定の加熱時間が１０分以下とするとよい。
また、前記基板がプリント基板などの樹脂基板、セラミック基板もしくはフェライト基板であるとよい。
また、前記基板を減圧容器に入れて、減圧状態とするとよい。
また、前記減圧容器が前記基板を加熱する加熱手段を有するとよい。
また、前記の減圧容器が、真空ベーク炉であるとよい。

また、前記加熱手段が、ホットプレートであるとよい。
また、前記減圧容器がプラズマクリーナーであるとよい。
また、ＩＣチップをプラズマクリーニングした基板にフリップチップボンディングした後、ＩＣチップと基板間にアンダーフィル樹脂を充填する前に前記基板に吸着した水分を除去する方法において、プラズマクリーナーに基板を設置する工程と、プラズマクリーナーを減圧する工程と、ＡｒもしくはＯ₂ガスをプラズマクリーナー内に注入する工程と、プラズマ印加して基板に形成された電極表面をプラズマクリーニングする工程と、プラズマ印加を停止した後、減圧状態で所定の時間放置する工程と、大気開放する工程と、を含む方法とする。
また、前記プラズマ印加により前記基板の温度を５０℃〜８０℃に上昇させ、前記所定の放置時間を１０分以下とするとよい。

この発明によれば、従来の加熱して基板吸着水分を除去する工程を、減圧状態で加熱する工程とすることで、基板吸着水分を除去する時間を大幅に短縮できる。
また、従来のプラズマクリーニングによる基板に形成された金属電極のクリーニング工程に、プラズマ印加終了後、プラズマ印加で５０℃以上に加熱された基板を減圧状態で５分〜１０分間プラズマクリーナー中に放置することで、専用の減圧・加熱工程および（または）装置を省いても、短時間に基板吸着水分を除去することができる。
基板吸着水分を除去することで、アンダーフィル樹脂硬化の際にアンダーフィル樹脂内に発生するボイドを防止できて、アンダーフィル樹脂と基板の密着度を高めることができる。

実施の形態を以下の実施例で説明する。

図１は、この発明の第１実施例の基板吸着水分の除去方法を説明する工程フロー図である。ＩＣチップをフェイスダウンして基板にフリップチップボンディングし、ＩＣチップと基板の間にアンダーフィル樹脂を充填して接着強度を増強した場合を例に挙げて説明する。ここで基板はプリント基板などの樹脂基板、セラミック基板またはフェライト基板などである。
（１）ＩＣチップにバンプを形成する。バンプとしては、めっきバンプ、はんだバンプやＡｕボールバンプである。
つぎに、基板にＩＣチップを上記の製造方法でフリップチップボンディングする前処理として、基板に形成された金属電極表面の洗浄を行う。洗浄方法としてはＡｒガスを用いて反応性イオンエッチング方式でプラズマクリーニングを行う。その詳細を説明する。
（２）基板をプラズマクリーナーのチャンバー内に設置後に、チャンバー内を真空引きする。
（３）その後、設定真空度に到達後、Ａｒガスの注入を開始し、チャンバー内を十分なＡｒ雰囲気とする。
（４）プラズマ印加を行い、基板に形成された金属電極の表面をプラズマクリーニングする（金属電極クリーニング工程）。
（５）プラズマクリーニング後、チャンバーを大気開放して基板を取り出す。
（６）ＩＣチップを基板に形成した金属電極にフリップチップボンディングする。フリップチップボンディングの方法としては、バンプ用いて熱圧着や超音波接合する。
（７）図２に示すように、チャンバー１内にＩＣチップ１２を固着した基板１１を設置後、チャンバー１を密閉し、ホットプレート８の温度を１２０℃程度に昇温し、チャンバー１内に導入管４を介してドライエアーまたは窒素ガスなどのガス５をパージし、真空ポンプ２を駆動させチャンバー１内を１０Ｐａ以下に減圧させ、５分〜１０分間減圧・加熱状態で放置する。尚、ホットプレート８の温度は５０℃以上で水分除去効果がある（水分除去工程）。

ここで、図２に示す減圧・加熱設備について説明する。減圧・加熱設備はホットプレート８を備え、真空ポンプ２に接続管３でつながれたチャンバー１を有している。真空ポンプ２の容量はチャンバー１の体積によるが、チャンバー１内の到達真空度を１０Ｐａ以下にすることができて、その最高到達圧までの時間が数分程度にできる容量であるが望ましい。パージされるガス５に含まれる水分は極力抑える必要がある。またチャンバー１には真空計７を取り付けておき、チャンバー１内の真空度をモニタできるようにすることが望ましい。尚、図２のホットプレート８は基板ステージ用のヒータ１０が設置された基板設置用ステージ９である。また、図２中の６は排気管、１１は基板、１２はＩＣチップ、１３は基板から発散する水蒸気である。
（８）チャンバー１のリーク弁を開き、チャンバー１内を大気開放して、基板１を取り出す。
（９）アンダーフィル樹脂をＩＣチップ１２の側の基板１１上に塗布し、アンダーフィル樹脂を基板１１とＩＣチップ１２の間に浸透させて、基板１１とＩＣチップ１２の間にアンダーフィル樹脂を充填する。
（１０）ＩＣチップ１２と基板１１の間の隙間にアンダーフィル樹脂が充填された後、オーブンに入れて、１２０℃〜１６０℃に加熱して、アンダーフィル樹脂を硬化させる。

この方法では、減圧状態で加熱して基板吸着水分を除去するため、従来の加熱のみで基板吸着水分を除去する場合と比べて大幅に水分除去時間を短縮できる。また、基板吸着水分が除去されるため、アンダーフィル樹脂のボイド生成が防止できる。
しかし、この方法では、基板吸着水分を除去するために、図２のような専用の減圧・加熱設備を用いた専用の基板吸着水分の除去工程を必要とする。つぎに専用の減圧・加熱設備を不要とし、専用の除去工程を不要とした場合でも基板吸着水分を短時間で除去できる方法について説明する。

図３は、この発明の第２実施例の基板吸着水分の除去方法を説明する工程フロー図である。ＩＣチップをフェイスダウンして基板にフリップチップボンディングし、ＩＣチップと基板の間にアンダーフィル樹脂を充填して接着強度を増強した場合を例に挙げて説明する。ここで基板はプリント基板などの樹脂基板、セラミック基板またはフェライト基板などである。
（１）ＩＣチップにバンプを形成する。バンプとしては、めっきバンプ、はんだバンプやＡｕボールバンプである。
つぎに、基板にＩＣチップを上記の製造方法でフリップチップボンディングする前処理として、基板に形成された金属電極表面の洗浄を行う。洗浄方法としてはＡｒガスを用いて反応性イオンエッチング方式でプラズマクリーニングを行う。その詳細を説明する。
（２）基板をプラズマクリーナー内に設置後に、チャンバー内を真空引きする。
（３）設定真空度に到達後、チャンバー内をＡｒガスの雰囲気にするためガスの注入を開始し、チャンバー内を十分なＡｒ雰囲気とする。
（４）プラズマ印加を行い、基板に形成された金属電極の表面をクリーニングする（金属電極クリーニング工程）。
（５）プラズマクリーニング後、基板をプラズマ印加しない状態で１０Ｐａ以下の減圧雰囲気で５分〜１０分放置して、基板吸着水分を除去する。基板温度はプラズマクリーニングにより５０℃〜８０℃程度に上昇しているため、短時間で基板吸着水分を除去することができる（水分除去工程）。
（６）チャンバーを大気開放して基板を取り出す。
（７）ＩＣチップを基板の金属電極にフリップチップボンディングする。
（８）アンダーフィル樹脂をＩＣチップの側の基板上に塗布し、アンダーフィル樹脂を基板とＩＣチップの間に浸透させて、基板とＩＣチップの間にアンダーフィル樹脂を充填する。
（９）ＩＣチップが固着し、アンダーフィル樹脂が隙間に充填された基板をオーブンに入れて、１２０℃〜１６０℃に加熱して、アンダーフィル樹脂を硬化させる。

この方法においても、減圧・加熱して基板吸着水分を除去するため、従来の加熱のみで基板吸着水分を除去する場合と比べて大幅に水分除去時間を短縮できる。また、第１実施例のような減圧・加熱設備は不要であり、専用の水分除去工程も不要である。また、基板吸着水分が除去されるため、アンダーフィル樹脂のボイド生成が防止できる。
つぎに、図１の工程と図３の工程の基板吸着水分の除去方法における基板の脱湿率の時間変化について説明する。
図４は、基板重量変化率の時間変化を表す図である。比較のために、従来の図８の工程の場合についても示した。基板重量は吸着水分が多い程重く、吸着水分が除去されるにつれて軽くなり、基板重量変化が無くなった状態（基板重量変化率がフラットになった状態）が基板吸着水分が完全に除去された状態である。図４の縦軸の基板重量変化率は（所定の時間での水分が除去された基板重量−吸着水分を有する初期基板重量）÷初期基板重量×１００で表される。

第１実施例の図１の工程（Ａ）では、従来の図８の工程（Ｃ）と比べて、大幅に基板吸着水分の除去時間が短縮する。
第２実施例の図３の工程（Ｂ）では、従来の図８の工程（Ｃ）と比べて、専用の基板吸着水分除去工程を省いて、且つ、大幅に基板吸着水分の除去時間が短縮する。しかし、第２実施例の図３の工程（Ｂ）では基板温度が５０℃〜８０℃であり、第１実施例の図１の工程（Ａ）で基板温度を１２０℃とした場合と比べて低いため、図１の工程と比べると基板吸着水分の除去時間は長くなる。
前記の第１、第２実施例はフリップチップボンディング前に基板に形成された金属電極表面を洗浄するために、Ａｒガスを用いた反応性イオンエッチング方式のプラズマクリーニングを例に挙げて説明したが、金属電極表面に有機物などが付着している場合にはＯ₂ ガスを用いたダイレクトプラズマ方式や反応性イオンエッチング方式のプラズマクリーニングが有効である。この場合も図１または図２と同様の工程とすることで、基板吸着水分を除去することができる。

図５は、この発明の第３実施例の基板吸着水分の除去方法を説明する工程フロー図である。
この方法は、従来の図８の工程と同様の工程でフリップチップボンディング前にプラズマクリーニングを行い（ここではまだ基板吸着水分の除去は行われない）、その後にアンダーフィル樹脂と基板の密着性を良好にするために基板上に付着した有機物を除去し、さらに基板吸着水分を除去するものである。有機物を除去するためには、フリップチップボンディングの後で、アンダーフィル樹脂の塗布直前にＯ₂ガスを用いて基板をプラズマクリーニングする。この方法の詳細を説明する。
（１）ＩＣチップにバンプを形成する。バンプとしては、めっきバンプ、はんだバンプやＡｕボールバンプである。
（２）基板をプラズマクリーナー内に設置後に、チャンバー内を真空引きする。
（３）設定真空度に到達後、チャンバー内をＡｒガスの雰囲気にするためガスの注入を開始し、チャンバー内を十分なＡｒ雰囲気とする。
（４）プラズマ印加を行い、基板に形成された金属電極の表面をクリーニングする（金属電極クリーニング工程）。
（５）プラズマクリーニング後、チャンバーを大気開放して基板を取り出す。
（６）ＩＣチップを基板の金属電極にフリップチップボンディングする。フリップチップボンディングの方法としては、めっきバンプ、はんだバンプおよびＡｕボールバンプなどを用いて熱圧着や超音波接合を適用する。
（７）ＩＣチップを固着した基板をプラズマクリーナー内に設置後に、チャンバー内を真空引きする。
（８）設定真空度に到達後、チャンバー内をＯ₂ガスの雰囲気にするためガスの注入を開始し、チャンバー内を十分なＯ₂雰囲気とする。
（９）プラズマ印加を行い、基板の表面をクリーニングする（基板クリーニング工程）。（１０）プラズマクリーニング後、大気開放を開始するまでの時間を設定することで基板をプラズマ印加しない状態で１０Ｐａ以下の減圧雰囲気で５分〜１０分程度放置して、基板吸着水分を除去する（水分除去工程）。基板温度が５０℃から８０℃に上昇しているため、短時間で基板吸着水分を除去することができる。
（１１）チャンバーを大気開放して基板を取り出す。
（１２）アンダーフィル樹脂をＩＣチップの側の基板上に塗布し、アンダーフィル樹脂を基板とＩＣチップの間に浸透させて、基板とＩＣチップの間にアンダーフィル樹脂を充填する。
（１３）ＩＣチップが固着し、アンダーフィル樹脂が隙間に充填された基板をオーブンに入れて、１２０℃〜１６０℃に加熱して、アンダーフィル樹脂を硬化させる。

この方法により、アンダーフィル樹脂が基板に確実に固着される。また、プラズマクリーニング後、真空雰囲気で放置することで、基板吸着水分が除去されるため、アンダーフィル樹脂のボイド生成が防止できる。
尚、基板に形成された金属電極の汚れが少ない場合には、金属電極クリーニング工程を不要としても構わない。

この発明の第１実施例の基板吸着水分の除去方法を説明する工程フロー図減圧・加熱装置の要部断面図この発明の第２実施例の基板吸着水分の除去方法を説明する工程フロー図基板吸着水分の除去率（脱湿率）の時間変化を説明する図この発明の第３実施例の基板吸着水分の除去方法を説明する工程フロー図ＩＣチップを基板にフリップチップボンデングした図ＩＣチップと基板間にアンダーフィル樹脂を塗布して加熱している図従来の基板吸着水分の除去方法を説明する工程フロー図従来のベーキング工程を説明した図樹脂硬化後の状態を説明した図

符号の説明

１チャンバー
２真空ポンプ
３接続管
４導入管
５ガス
６排気管
７真空計
８ホットプレート
９基板設置用ステージ
１０基板ステージ用ヒータ
１１基板
１２ＩＣチップ
１３水蒸気

Claims

基板を所定の真空度の、所定の加熱温度で所定の加熱時間加熱することで、基板に吸着した水分を除去することを特徴とする基板吸着水分の除去方法。
前記所定の真空度が１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の基板吸着水分の除去方法。
前記の所定の加熱温度が５０℃以上で、前記の所定の加熱時間が１０分以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板吸着水分の除去方法。
前記基板が樹脂基板、セラミック基板もしくはフェライト基板であることを特徴とする請求項１に記載の基板吸着水分の除去方法。
前記基板を減圧容器に入れて、減圧状態とすることを特徴とする請求項１または２に記載の基板吸着水分の除去方法。
前記減圧容器が前記基板を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１または３に記載の基板吸着水分の除去方法。
前記の減圧容器が、真空ベーク炉であることを特徴とする請求項６に記載の基板吸着水分の除去方法。
前記加熱手段が、ホットプレートであることを特徴とする請求項６に記載の基板吸着水分の除去方法。
前記減圧容器がプラズマクリーナーであることを特徴とする請求項６に記載の基板吸着水分の除去方法。
ＩＣチップをプラズマクリーニングした基板にフリップチップボンディングした後、ＩＣチップと基板間にアンダーフィル樹脂を充填する前に前記基板に吸着した水分を除去する方法において、プラズマクリーナーに基板を設置する工程と、プラズマクリーナーを減圧する工程と、ＡｒもしくはＯ₂ガスをプラズマクリーナー内に注入する工程と、プラズマ印加して基板に形成された電極表面をプラズマクリーニングする工程と、プラズマ印加を停止した後、減圧状態で所定の時間放置する工程と、大気開放する工程と、を含むことを特徴とする基板吸着水分の除去方法。
前記プラズマ印加により前記基板の温度を５０℃〜８０℃に上昇させ、前記所定の放置時間を１０分以下とすることを特徴とする請求項１０に記載の基板吸着水分の除去方法。